Сопротивление короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора: причины, последствия и защита

Что такое короткое замыкание трансформатора. Почему оно возникает. Как трансформатор защищается от короткого замыкания. Каковы последствия короткого замыкания для трансформатора. Какие меры принимаются для предотвращения коротких замыканий.

Что такое короткое замыкание трансформатора

Короткое замыкание трансформатора — это аварийный режим работы, при котором вторичная обмотка оказывается замкнутой накоротко. Это может произойти при повреждении изоляции проводов, соединяющих вторичную обмотку с нагрузкой.

При коротком замыкании резко возрастают токи в обмотках трансформатора, что может привести к их перегреву и повреждению. Однако трансформаторы способны некоторое время выдерживать режим короткого замыкания благодаря особенностям своей конструкции.

Причины возникновения короткого замыкания

Основные причины возникновения короткого замыкания в трансформаторе:

• Повреждение изоляции соединительных проводов
• Пробой изоляции между витками обмоток
• Механические повреждения обмоток
• Попадание посторонних предметов между выводами
• Перенапряжения в сети

Процессы при коротком замыкании трансформатора

При возникновении короткого замыкания во вторичной цепи трансформатора происходят следующие процессы:

1. Резко возрастает ток во вторичной обмотке
2. Увеличивается ток в первичной обмотке
3. Возрастают потери в обмотках, выделяется большое количество тепла
4. Усиливаются электродинамические усилия между обмотками
5. Снижается напряжение на вторичной обмотке практически до нуля

Как трансформатор защищается от короткого замыкания

Несмотря на резкое увеличение токов, трансформатор способен некоторое время выдерживать режим короткого замыкания благодаря следующим факторам:

• Наличие потоков рассеяния обмоток, создающих дополнительное индуктивное сопротивление
• Ограничение тока короткого замыкания за счет полного сопротивления трансформатора
• Применение специальных конструктивных решений для повышения механической прочности обмоток

Последствия короткого замыкания для трансформатора

Длительное короткое замыкание может привести к серьезным повреждениям трансформатора:

• Перегрев и разрушение изоляции обмоток
• Деформация и смещение обмоток из-за электродинамических усилий
• Выгорание металла обмоточных проводов
• Повреждение магнитопровода
• Взрыв и возгорание трансформаторного масла

Меры защиты трансформаторов от коротких замыканий

Для защиты трансформаторов от повреждений при коротких замыканиях применяются следующие меры:

• Релейная защита, отключающая трансформатор при возникновении короткого замыкания
• Применение предохранителей и автоматических выключателей
• Использование ограничителей тока короткого замыкания
• Повышение механической прочности обмоток
• Регулярные профилактические испытания изоляции

Напряжение короткого замыкания трансформатора

Напряжение короткого замыкания — важная характеристика трансформатора, показывающая его способность ограничивать ток короткого замыкания. Это напряжение, которое нужно подвести к первичной обмотке при замкнутой накоротко вторичной, чтобы в обмотках протекали номинальные токи.

Чем выше напряжение короткого замыкания, тем лучше трансформатор ограничивает токи при коротких замыканиях. Типичные значения напряжения короткого замыкания составляют 4-12% от номинального напряжения трансформатора.

Опыт короткого замыкания трансформатора

Опыт короткого замыкания — это испытание трансформатора, при котором вторичная обмотка замыкается накоротко, а к первичной подводится пониженное напряжение. Этот опыт позволяет определить:

• Потери короткого замыкания
• Напряжение короткого замыкания
• Сопротивление короткого замыкания
• Параметры схемы замещения трансформатора

Опыт короткого замыкания является обязательным испытанием при изготовлении и ремонте трансформаторов.

Сопротивление короткого замыкания трансформатора

Сопротивление короткого замыкания — это полное сопротивление трансформатора, определяемое по результатам опыта короткого замыкания. Оно включает активное сопротивление обмоток и индуктивное сопротивление рассеяния.

Сопротивление короткого замыкания является важным параметром, определяющим поведение трансформатора при коротких замыканиях. Его значение используется при расчетах токов короткого замыкания и выборе защитных устройств.

Режим короткого замыкания трансформатора

Подробности

Категория: Теория

• трансформатор
• режимы работы

Как известно, в режиме нагрузки вторичная обмотка трансформатора включается на сопротивление приемников. Во вторичной цепи устанавливается ток, пропорциональный нагрузке трансформатора. При питании большого числа приемников нередки случаи, когда нарушается изоляция соединительных проводов. Если в местах повреждения изоляции произойдет соприкосновение проводов, питающих приемники, то возникнет режим, называемый коротким замыканием (к. з.) участка цепи. Если соединительные провода, идущие от обмотки, замкнутся где-то в точках а и б, расположенных до приемника энергии (рисунок 1), то возникнет короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора. В этом режиме вторичная обмотка окажется замкнутой накоротко. При этом она будет продолжать получать энергию из первичной обмотки и отдавать ее во вторичную цепь, которая состоит теперь только из обмотки и части соединительных проводов. 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопроводРисунок 1 — Короткое замыкание на выводах вторичной обмотки трансформатора На первый взгляд кажется, что при коротком замыкании трансформатор должен неизбежно разрушиться, так как сопротивление r₂ обмотки и соединительных проводов в десятки раз меньше сопротивления r приемника. Если допустить, что сопротивление r нагрузки хотя бы в 100 раз больше r₂, то и ток короткого замыкания I_2к должен быть в 100 раз больше тока I₂ при нормальной работе трансформатора. Так как первичный ток также возрастает в 100 раз (I₁ω₁ = I₂ω₂), потери в обмотках трансформатора резко увеличатся, а именно в 100² раз (I²r), т. е. в 10000 раз. При этих условиях температура обмоток за 1—2 с достигнет 500—600° С и они быстро сгорят. Кроме того, при работе трансформатора между обмотками всегда существуют механические усилия, стремящиеся раздвинуть обмотку в радиальном и осевом направлениях. Эти усилия пропорциональны произведению токов I₁ I₂ в обмотках, и если при коротком замыкании каждый из токов I₁ и I₂ увеличится, например, в 100 раз, то и усилия увеличатся в 10000 раз. Их величина при этом достигнет сотен тонн и обмотки трансформатора должны были бы мгновенно разрушиться. Однако на практике этого не происходит. Трансформаторы выдерживают, как правило, короткие замыкания в те весьма малые промежутки времени, пока защита не отключит их от сети. При коротком замыкании резко проявляется действие какого-то дополнительного сопротивления, ограничивающего ток короткого замыкания в обмотках. Это сопротивление связано с магнитными потоками рассеяния Ф_Р1 и Ф_Р2, которые ответвляются от основного потока Ф₀ и замыкаются каждый вокруг части витков «своей» обмотки 1 или 2 (рисунок 2). 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — общая ось обмоток и стержня трансформатора; 4 — магнитопровод; 5 — главный канал рассеянияРисунок 2 — Потоки рассеяния и концентрическое расположение обмоток трансформатора Непосредственно измерять величину рассеяния очень трудно: слишком разнообразны пути, по которым могут замыкаться эти потоки. Поэтому на практике рассеяние оценивают по влиянию, которое оно оказывает на напряжение и токи в обмотках. Очевидно, что потоки рассеяния возрастают с увеличением тока, протекающего в обмотках. Очевидно также, что при нормальной работе трансформатора поток рассеяния составляет сравнительно небольшую долю основного потока Ф₀. Действительно, поток рассеяния сцеплен только с частью витков, основной поток — со всеми витками. Кроме того, поток рассеяния большую часть пути вынужден проходить по воздуху, магнитная проницаемость которого принята за единицу, т. е. она в сотни раз меньше магнитной проницаемости стали, по которой замыкается поток Ф₀. Все это справедливо как для нормальной работы, так и для режима короткого замыкания трансформатора. Однако поскольку потоки рассеяния определяются токами в обмотках, а в режиме короткого замыкания токи увеличиваются в сотни раз, то во столько же увеличиваются и потоки Ф_р; при этом они значительно превосходят поток Ф₀. Потоки рассеяния индуктируют в обмотках эдс самоиндукции Е_p1 и Е_р2, направленные против тока. Противодействие, например, эдс Е_р2 можно считать некоторым дополнительным сопротивлением в цепи вторичной обмотки при ее коротком замыкании. Это сопротивление называют реактивным. Для вторичной обмотки справедливо уравнение Е₂ = U₂ + I₂r₂ + (-E_p2). В режиме короткого замыкания U₂=0 и уравнение преобразуется следующим образом: E₂ = I_2Kr_2K + (-E_p2K), или E₂ = I_2Kr_2K + I_2Kх_2K, где индекс «к» относится к сопротивлениям и токам в режиме короткого замыкания; I_2Kх_2K — индуктивное падение напряжения в режиме короткого замыкания, равное но величине E_p2K; х_2K — реактивное сопротивление вторичной обмотки. Опыт показывает, что в зависимости от мощности трансформатора сопротивление х₂ в 5—10 раз больше r₂. Поэтому в действительности ток I_2K не в 100, а лишь в 10—20 раз будет больше тока I₂ при нормальной работе трансформатора (активным сопротивлением из-за его малой величины пренебрегаем). Следовательно, в действительности потери в обмотках увеличатся не в 10000, а только в 100—400 раз; температура обмоток за время короткого замыкания (несколько секунд) едва достигнет 150—200° С и в трансформаторе за это малое время не возникнет никаких серьезных повреждений. Итак, благодаря рассеянию трансформатор способен сам защищаться от токов короткого замыкания. Все рассмотренные явления происходят при коротком замыкании на зажимах (вводах) вторичной обмотки (см. точки а и б на рисунке 1). Это — аварийный режим работы для большинства силовых трансформаторов и возникает он, конечно, не каждый день или даже не каждый год. За время работы (15—20 лет) трансформатор может иметь всего несколько столь тяжелых коротких замыканий. Тем не менее, он должен быть так спроектирован и изготовлен, чтобы они не разрушили его и не привели к аварии. Надо четко представлять себе явления, происходящие в трансформаторе при коротком замыкании, сознательно собирать наиболее ответственные узлы его конструкции. В этом отношении весьма существенную роль играет одна из важнейших характеристик трансформатора — напряжение короткого замыкания.

• Назад
• Вперёд

Полное сопротивление — короткое замыкание

Cтраница 1

Полное сопротивление короткого замыкания может оказаться весьма малым, а ток короткого замыкания за конденсаторами продольной компенсации весьма большим, во всяком случае он превышает ток при коротком замыкании на шинах станции.  [1]

Полное сопротивление короткого замыкания ( гт) трансформаторов и автотрансформаторов класса напряжения ПО кВ и выше определяется с целью выявления возможных деформаций с повреждением изоляции обмоток, вызванных сквозными короткими замыканиями. Для этого производится сопоставление измеренного значения гт с исходным — базовым значением этого параметра, определенным на исправном трансформаторе.  [2]

Полное сопротивление короткого замыкания трансформаторов напряжения, приведенное ко вторичной стороне, должно быть настолько мало, чтобы падение напряжения на трансформаторе из-за подсоединенной вторичной нагрузки не искажало замера в случае однофазных и двухфазных замыканий на землю или замыканий между двумя фазами. Ток в нагрузке, вызванный напряжением неповрежденной фазы или неповрежденных фаз, гароходит через трансформатор напряжения, первичная обмотка которого замкнута накоротко; падение напряжения, которое вызывается этим током, искажает напряжение, приложенное к реле.  [3]

Для иллюстрации метода определим полное сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора со сложными обмотками, состоящими каждая из двух последовательно соединенных простых обмоток.  [4]

Это и есть выражение полного сопротивления короткого замыкания двухобмоточного трансформатора со сложными обмотками, состоящими из последовательно соединенных простых обмоток. Выражение справедливо при любом взаимном положении простых обмоток.  [5]

К вычислению индуктивности обмоток, состоящих из последовательно соединенных частей.  [6]

Поставим перед собой задачу определить полное сопротивление короткого замыкания трансформатора, приведенное к общему числу витков w первичной обмотки. Обозначим числа витков первичных простых обмоток через wl w3, ШБ, вторичных — через ш2, wt, we, как показано на рисунке.  [7]

Внешние характеристики трансформатора малой мощности.  [8]

Ом; гк гк XZK — полное сопротивление короткого замыкания, Ом; It — потребляемый из сети первичный ток, А.  [9]

Напряжение короткого замыкания трансформатора пропорционально произведению номинального первичного тока / 1вш трансформатора на его полное сопротивление короткого замыкания гк.  [10]

При проведении опыта короткого замыкания трехфазного трансформатора были получены следующие данные: мощность короткого замыкания фазы Рк3700 Вт, ток в фазе / 23 А и напряжение в фазе ( / 330 В, Определить

полное сопротивление короткого замыкания, активное и реактивное сопротивления для первичных обмоток трансформатора.  [11]

Сопряженная с этой величина получается также для составляющей At неподвижного двигателя при подстановке Ks 0 [ см. формулу ( 17 — 13) J. Так как полное сопротивление короткого замыкания Zk содержит также и активное сопротивление статора, его следует вычесть из знаменателя формулы.  [12]

Основные физические свойства обмоточных проводов из меди и алюминия.  [13]

Прежняя сумма потерь холостого хода и короткого замыкания будет отнесена к пониженной номинальной мощности, что приведет к снижению КПД. Реактивная составляющая сопротивления короткого замыкания не зависит от металла обмоток и останется неизменной. Его активная составляющая возрастет примерно в 1 6 раза, но

полное сопротивление короткого замыкания, определяемое в основном реактивной составляющей, возрастет незначительно, и ток короткого замыкания и механические силы при коротком замыкании останутся практически неизменными, что вследствие малой механической прочности алюминия поведет к снижению динамической стойкости трансформатора.  [14]

Страницы:      1

Анализ цепи

. Когда резистор действительно замыкается накоротко?

\$\начало группы\$

Мне немного трудно понять, когда действительно происходит короткое замыкание резистора. Возьмем следующие 2 примера:

Здесь ток протекает через резисторы 8 кОм и 3 кОм. Почему ток не обходит их полностью?

В этом примере резисторы 8 кОм, 3 кОм и 1 кОм полностью игнорируются, и весь ток проходит через резисторы 4 кОм и 6 кОм. Я понимаю, почему ток идет в обход резистора 2 кОм (короткое замыкание параллельно резистору), но как точно определить, когда резистор закорочен?

• анализ цепи
• резисторы
• сопротивление
• короткое замыкание

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Если два его вывода подключены к одному и тому же узлу, резистор закорочен.

В практических схемах можно также сказать, что резистор короткозамкнут, если параллельно ему подключен резистор гораздо меньшего номинала. В этом случае на двух резисторах будет одинаковый потенциал, но резистор с меньшим значением будет нести гораздо больший ток, чем резистор с большим значением.

В [первом примере] ток протекает через резисторы 8 кОм и 3 кОм. Почему ток не обходит их полностью?

Из-за закона Ома. Если на резисторе есть разность потенциалов, через него потечет ток.

В этом случае два вывода этих резисторов подключены к разным узлам, поэтому (весьма вероятно) на них существует разность потенциалов, и, следовательно, через них будет протекать ток.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Рассмотрим упрощенный случай:

^{смоделируйте эту цепь — схема создана с помощью CircuitLab}

Ток течет как через R1, так и через R2. Почему ток не проходит полностью через резистор R2?

Это всего лишь иллюстрация, чтобы подчеркнуть и усилить то, что уже сказано в других ответах. I1 является источником тока, поэтому по определению через него должен протекать ток 10 мА. Чтобы этот ток протекал, он должен проходить через один или оба резистора, потому что другого пути нет.

По закону Ома, если через резистор протекает ток, то на нем должно быть ненулевое падение напряжения.

Но резисторы параллельны. Они оба должны видеть одно и то же ненулевое напряжение .

Опять же, по закону Ома, если на резисторе есть ненулевое напряжение, то через резистор должен течь ток.

В приведенном выше примере я сделал оба резистора одинаковыми, чтобы подчеркнуть недостаток в вопросе. Но все, что я сказал выше, все равно было бы правдой, даже если бы R2 составлял тысячу Ом или даже миллион Ом.

^{смоделируйте эту цепь}

Во втором случае почти все , но не совсем все тока будут течь через R1. Напряжение будет близко к 1В. Но если вы поместите 1 В на R2, , должен протекать ток (около одного микроампера).

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Сопротивление при обрыве и коротком замыкании

Задавать вопрос

спросил 8 лет, 6 месяцев назад

Изменено 8 лет, 6 месяцев назад

Просмотрено 30 тысяч раз

\$\начало группы\$

Я продолжаю пытаться немного узнать об электронике и наткнулся на следующую задачу, для которой я не уверен, что полностью понимаю расчеты. В других частях книги расчеты показывали, а по этому вопросу — нет.

^{Источник изображения: стр. 69, «Практическая электроника для изобретателей» (3-е издание), Scherz and Monk, Tab Books, 2013}

Для схемы 2.61a мои расчеты были следующими: I = \frac{12V}{\left( \frac{1}{\frac{1}{10} + \frac{1}{10} + \frac{1}{10}}\Omega + 0,2\Omega \справа)} = 3,396 $$

Для схемы 2. 61b я использовал:

$$ I = \frac{12V}{\left( \frac{1}{\frac{1}{10} + \frac{1}{10} }\Omega + 0,2\Omega \right)} = 2,3 $$

Но я не могу понять, как в книге получилось 6А для схемы 2.61c. Как влияет короткое замыкание на третьем резисторе на параллельное сопротивление? Устраняет ли он полностью любое сопротивление, так что уравнение принимает следующий вид:

$$ I = \frac{12V}{2.0\Omega} = 6.0 $$

И какое значение имеет \$\infty\$ на третьем резисторе в 2.61b?

• сопротивление
• короткое замыкание

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Первые два вычисления выглядят хорошо. Первый немного неоднозначен с точки зрения проблемы, потому что ток больше 3 А, но не короткое замыкание, поэтому мы явно не знаем последовательное сопротивление батареи. Я также согласен с вашим ответом на последний, но давайте разберемся, почему.

Произведем расчет точно так же, только для c. Теперь у нас есть резистор с нулевым сопротивлением. А так как мы знаем, что присутствует короткое замыкание, мы знаем, что эквивалентный последовательный резистор будет 2 Ом.

$$ I = \frac{12V}{\left( \frac{1}{\frac{1}{10} + \frac{1}{10} + \frac{1}{0}}\Omega + 2.0\Omega \верно)} $$ Упрощается до: $$ I = \frac{12V}{\left( \frac{1}{\infty}\Omega + 2.0\Omega \right)} $$ Наконец, мы можем видеть, что уравнение упрощается до $$ I = \frac{12V}{2.0\Omega} = 6A $$

Добавление ответа на ваш последний вопрос , который я пропустил. Даже если вы явно не знаете, для чего в схеме используется бесконечный резистор, решите это так же: $$ I = \frac{12V}{\left( \frac{1}{\frac{1}{10} + \frac{1}{10} + \frac{1}{\infty}}\Omega + 2.0\ Омега \ справа)} = \ гидроразрыва {12V} {\ влево ( \ гидроразрыва {1} {\ гидроразрыва {1} {10} + \ гидроразрыва {1} {10} + 0} \ Омега + 2,0 \ Омега \ справа) } $$ Что у тебя и было.

**Примечание: ток обычно обозначается буквой «I» , а не «А» .

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Бесконечность означает, что резистор имеет чрезвычайно высокое сопротивление, поэтому им можно пренебречь по сравнению с гораздо меньшими сопротивлениями, включенными параллельно.

По той же причине все, что закорочено с идеальным замыканием, может там и не быть, так что в третьем случае это 12V/2\$\Omega\$ = 6A и в конце концов предохранитель на 5A должен перегореть.

Кстати, первый не обязательно 3,4 А, несмотря на их «правильный» ответ. Внутреннее сопротивление батареи указано только для i<3A и для условий «короткого замыкания». Поскольку 3,4 > 3, но это не короткое замыкание, ток может быть ниже 3,4 А (или, возможно, выше, если вы параноик).

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Каково эквивалентное сопротивление конечной цепи?

$$ R_{EQ} = \frac{1}{\frac{1}{10} + \frac{1}{10} + \frac{1}{0}} $$

Таким образом, сопротивление просто сводится к внутреннему последовательному сопротивлению источника, как вы заключили.

Что касается символа бесконечности, то он предназначен для иллюстрации того, что конкретный путь представляет собой разомкнутую цепь, и ток не будет течь (R = бесконечность).

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Ток «хочет» течь по пути с наименьшим сопротивлением. В цепи C ток видит короткое замыкание на самом правом резисторе, ток предпочтет пройти через это короткое замыкание, чтобы замкнуть цепь. Таким образом, вы получаете 12/2 = 6A

Бесконечное сопротивление — это то же самое, что сказать, что резистор вообще не подключен, так как через него не может протекать ток V/бесконечность = 0.

Кстати, если вы используете 0 или бесконечность сопротивления в уравнении 2.61a ( вместо 10 Ом для одного из резисторов) вы можете получить тот же результат, который я объяснил выше.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Используйте значение 0 Ом для расчета параллельного сопротивления:

1 / 0 стремится к ∞. Добавьте другие сопротивления (при степени -1), и вы все равно получите ∞. Теперь 1/∞ стремится к 0 Ом параллельного сопротивления.

\${1 \over { {1 \over 10} + {1 \over 10} + {1 \over 0} }} = {1 \over \infty} = 0\$

В другой ситуации 1 / ∞ стремится к 0. Таким образом, это не влияет на эквивалентное сопротивление.

Резистор со значением, стремящимся к ∞, в основном является (идеальным) изолятором. Ток через него стремится к 0 ампер. Он ведет себя как разомкнутая цепь.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Поскольку ответ уже принят, я просто хочу добавить еще один взгляд на схему (c) с параллельным коротким замыканием.

Один из способов взглянуть на эту проблему, не прибегая к ограничениям по мере того, как сопротивление стремится к нулю, и не беспокоясь о \$\frac{1}{0}\$, состоит в том, чтобы вспомнить это:

• для идеального короткого замыкания. , напряжение на коротком замыкании равно 0 В для любого значения тока через

Другими словами, идеальное короткое замыкание практически неотличимо от идеального источника напряжения 0 В .

Таким образом, к задаче (c) можно подойти, перерисовав следующим образом: = \frac{12V}{2\Omega} = 6A$$

Обратите внимание, что резисторы \$10\Omega\$ вообще не входят в решение , так как на каждом из них 0 В .

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Короткое замыкание полностью устраняет какое-либо сопротивление, так что уравнение принимает вид…

Короче говоря, да. В реальной жизни ESR аккумулятора не собирается изменяться до волшебных 2 Ом из-за кратковременного короткого замыкания. Автор книги просто хотел проверить, умеете ли вы читать, следовать указаниям и считать.

В реальном реальном мире можно рассчитать приблизительное сопротивление, если известны тип материала и длина проводников.